Морской луг или морская грядка — это подводная экосистема, образованная морскими травами. Морские травы — это морские (соленые) растения, встречающиеся в мелководных прибрежных водах и в солоноватых водах эстуариев . Морские травы — это цветковые растения со стеблями и длинными зелеными, похожими на траву листьями. Они производят семена и пыльцу и имеют корни и корневища , которые закрепляют их в песке морского дна.
Морские травы образуют густые подводные луга , которые являются одними из самых продуктивных экосистем в мире. Они обеспечивают среду обитания и пищу для разнообразия морской жизни, сопоставимого с коралловыми рифами . Сюда входят беспозвоночные, такие как креветки и крабы , треска и камбала , морские млекопитающие и птицы. Они предоставляют убежища для находящихся под угрозой исчезновения видов, таких как морские коньки , черепахи и дюгони . Они функционируют как места обитания для креветок, гребешков и многих промысловых видов рыб. Луга морских трав обеспечивают защиту от прибрежных штормов, поскольку их листья поглощают энергию волн, когда они ударяются о берег. Они поддерживают прибрежные воды здоровыми, поглощая бактерии и питательные вещества, и замедляют скорость изменения климата , связывая углекислый газ в осадок на дне океана.
Морские травы произошли от морских водорослей, которые колонизировали сушу и стали наземными растениями, а затем вернулись в океан около 100 миллионов лет назад. Однако сегодня луга морских трав страдают от человеческой деятельности, такой как загрязнение от стока с суши, рыболовные суда, которые тянут драги или тралы по лугам, вырывая траву, и чрезмерный вылов рыбы , который нарушает равновесие экосистемы. Луга морских трав в настоящее время [ когда? ] уничтожаются со скоростью около 3 квадратных метров в секунду (1900 квадратных футов/мин).
Морские травы — это цветковые растения (покрытосеменные), которые растут в морской среде. Они произошли от наземных растений , которые мигрировали обратно в океан около 75–100 миллионов лет назад. [1] [2] В настоящее время они занимают морское дно в мелких и защищенных прибрежных водах, закрепленных на песчаном или илистом дне. [3]
Существует четыре рода морских трав [4], содержащих относительно небольшое количество видов (все в одном порядке однодольных ). Они занимают мелководные среды на всех континентах, кроме Антарктиды: [5] их распространение также распространяется на открытое море, например, на Маскаренское плато .
Морские травы образованы полифилетической группой однодольных растений (отряд Alismatales ), которые повторно колонизировали морскую среду около 80 миллионов лет назад. [4] Морские травы являются средообразующими видами, поскольку они являются источником пищи и укрытия для большого количества рыб и беспозвоночных, а также выполняют соответствующие экосистемные услуги . [6] [7]
Существует около 60 видов полностью морских морских трав, принадлежащих к четырем семействам ( Posidoniaceae , Zosteraceae , Hydrocharitaceae и Cymodoceaceae ), все в порядке Alismatales (в классе однодольных). [8] Морские травы или луга могут состоять либо из одного вида ( моноспецифичные ), либо из смешанных. В умеренных зонах обычно доминируют один или несколько видов (например, морская трава Zostera marina в Северной Атлантике), тогда как тропические травы обычно более разнообразны, на Филиппинах зарегистрировано до тринадцати видов . Как и все автотрофные растения, морские травы фотосинтезируют в подводной фотической зоне . Большинство видов подвергаются подводному опылению и завершают свой жизненный цикл под водой. [9]
Луга морской травы встречаются на глубине до 50 метров (160 футов), в зависимости от качества воды и наличия света. [11] Эти луга морской травы являются высокопродуктивными местообитаниями, которые обеспечивают множество экосистемных услуг , включая защиту побережья от штормов и больших волн, стабилизацию осадка, обеспечение безопасных мест обитания для других видов и поощрение биоразнообразия , улучшение качества воды и улавливание углерода и питательных веществ. [12] [3]
Луга морской травы иногда называют прериями моря . Это разнообразные и продуктивные экосистемы, дающие убежище и приют видам из всех типов , таким как молодь и взрослые рыбы , эпифитные и свободноживущие макроводоросли и микроводоросли , моллюски , многощетинковые черви и нематоды . Первоначально считалось, что лишь немногие виды питаются непосредственно листьями морской травы (отчасти из-за их низкого содержания питательных веществ), но научные обзоры и усовершенствованные методы работы показали, что травоядность морской травы является важным звеном в пищевой цепи, питая сотни видов, включая зеленых черепах , дюгоней , ламантинов , рыб, гусей , лебедей , морских ежей и крабов . Некоторые виды рыб, которые посещают или питаются морской травой, выращивают свое потомство в соседних мангровых зарослях или коралловых рифах . [9]
Морские луга — это богатые биоразнообразные экосистемы, которые встречаются по всему миру, как в тропических, так и в умеренных морях. [14] Они содержат сложные пищевые цепи, которые обеспечивают трофическую субсидию видам и местообитаниям далеко за пределами их распространения. [15] Учитывая большое разнообразие источников пищи, предоставляемых этой продуктивной средой обитания, неудивительно, что морские луга поддерживают столь же широкий спектр травоядных и хищников. Однако, несмотря на их важность для поддержания биоразнообразия и многих других экосистемных услуг, [16] глобальное распространение морских водорослей составляет лишь часть того, что было исторически. [17] [18] Недавние оценки, полученные из имеющихся записей, показывают, что по крайней мере 20% мировых морских водорослей было потеряно. [18] Морские водоросли также выполняют другие функции в прибрежной зоне, такие как предотвращение прибрежной эрозии, хранение и улавливание углерода [19] и фильтрация водной толщи. [20] [21]
Истинные последствия такого упадка на уровне экосистемы и выгоды, которые могут быть получены путем восстановления среды обитания, плохо изучены. Учитывая относительно высокие затраты на единицу площади восстановления морской среды обитания, [22] обоснование такой работы требует тщательного изучения выгод экосистемных услуг от создания такой новой среды обитания. [21]
Луга морской травы встречаются в мелководных морях континентальных шельфов всех континентов, кроме Антарктиды. Континентальные шельфы — это подводные области суши, окружающие каждый континент, создающие области относительно мелководья, известные как шельфовые моря. [10] Травы обитают в областях с мягкими отложениями, которые являются либо приливными (ежедневно обнажаются морской водой, когда прилив и отлив) или сублиторальными (всегда под водой). Они предпочитают защищенные места, такие как мелководные заливы, лагуны и эстуарии (защищенные области, где реки впадают в море), где волны ограничены, а уровень света и питательных веществ высок.
Морские травы могут выживать на максимальной глубине около 60 метров. Однако это зависит от наличия света, поскольку, как и растениям на суше, лугам морских трав нужен солнечный свет для фотосинтеза . Приливы, волнение, прозрачность воды и низкая соленость (низкое количество соли в воде) контролируют, где морские травы могут жить на их мелководной кромке, ближайшей к берегу; [23] все эти вещи должны быть правильными для того, чтобы морские травы выживали и росли. [10]
Текущая задокументированная площадь морских водорослей составляет 177 000 км 2 (68 000 кв. миль), но считается, что общая площадь занижена, поскольку многие районы с большими лугами морских водорослей не были тщательно задокументированы. [11] Наиболее распространенные оценки составляют от 300 000 до 600 000 км 2 , при этом во всем мире пригодной средой обитания для морских водорослей является площадь до 4 320 000 км 2 . [24]
Морские луга обеспечивают прибрежные зоны значительными экосистемными товарами и услугами . Они улучшают качество воды , стабилизируя тяжелые металлы и другие токсичные загрязнители, а также очищая воду от избытка питательных веществ, [26] [2] [1] и снижая уровень кислотности в прибрежных водах. [27] [28] Кроме того, поскольку морские луга являются подводными растениями, они производят значительное количество кислорода, который насыщает кислородом водную толщу. Их корневые системы также помогают насыщать кислородом осадок, обеспечивая благоприятную среду для организмов, обитающих в осадке . [29] Кроме того, сохранение морских лугов способствует достижению 16 из 17 целей ООН в области устойчивого развития . [30]
На листовых пластинках морских трав могут расти многие эпифиты , а водоросли , диатомовые водоросли и бактериальные пленки могут покрывать поверхность. Траву едят черепахи, травоядные рыбы-попугаи , рыбы-хирурги и морские ежи , в то время как пленки на поверхности листьев являются источником пищи для многих мелких беспозвоночных . [25]
Луга также составляют более 10% от общего объема углерода, хранящегося в океане. На гектар они удерживают в два раза больше углекислого газа, чем дождевые леса, и могут ежегодно поглощать около 27 миллионов тонн CO 2 . [31] Эта способность хранить углерод важна, поскольку уровень углерода в атмосфере продолжает расти.
Синий углерод относится к углекислому газу, удаляемому из атмосферы прибрежными морскими экосистемами мира , в основном мангровыми зарослями , солончаками , морскими травами и, возможно, макроводорослями , посредством роста растений и накопления и захоронения органического вещества в осадочных породах. [32] [33]
Хотя луга морской травы занимают всего 0,1% площади дна океана, на их долю приходится 10–18% от общего захоронения углерода в океане. [34] В настоящее время глобальные луга морской травы, по оценкам, хранят до 19,9 Пг (петаграммов или гигатонн, что равно миллиарду тонн) органического углерода. [34] Углерод в основном накапливается в морских отложениях , которые являются бескислородными и, таким образом, непрерывно сохраняют органический углерод в масштабах десятилетий-тысячелетий. Высокие скорости накопления, низкое содержание кислорода, низкая проводимость осадков и более медленные скорости микробного разложения способствуют захоронению углерода и накоплению углерода в этих прибрежных отложениях. [11] По сравнению с наземными местообитаниями, которые теряют запасы углерода в виде CO2 во время разложения или в результате таких нарушений, как пожары или вырубка лесов, морские поглотители углерода могут удерживать C в течение гораздо более длительных периодов времени. Скорость поглощения углерода в лугах морской травы варьируется в зависимости от вида, характеристик осадка и глубины местообитаний, но в среднем скорость захоронения углерода составляет около 140 г С м −2 год −1 . [26] [35]
Морские травы также являются инженерами экосистем , что означает, что они изменяют экосистему вокруг себя, регулируя свое окружение как физическими, так и химическими способами. [2] [1] Длинные стебли морских трав замедляют движение воды, что снижает энергию волн и обеспечивает дополнительную защиту от прибрежной эрозии и штормовых нагонов . Многие виды морских трав производят обширную подземную сеть корней и корневищ , которая стабилизирует осадок и уменьшает прибрежную эрозию. [36] Морские травы не только подвержены влиянию движущейся воды; они также влияют на течения, волны и турбулентность окружающей среды. [37]
Морские травы помогают улавливать частицы осадка, переносимые морскими течениями. Листья, простирающиеся к поверхности моря, замедляют водные течения. Более медленное течение не способно переносить частицы осадка, поэтому частицы падают вниз и становятся частью морского дна, в конечном итоге формируя его. Когда морских трав нет, морское течение не встречает препятствий и уносит частицы осадка, поднимая их и разрушая морское дно. [3]
Морские травы предотвращают эрозию морского дна до такой степени, что их присутствие может поднять уровень морского дна. Они способствуют защите побережья, задерживая обломки горных пород, переносимые морем. Морские травы уменьшают эрозию побережья и защищают дома и города как от силы моря, так и от повышения уровня моря, вызванного глобальным потеплением. Они делают это, смягчая силу волн своими листьями и помогая осадкам, переносимым в морской воде, накапливаться на морском дне. Листья морских трав действуют как перегородки в бурной воде, замедляя движение воды и способствуя осаждению твердых частиц. Луга морских трав являются одним из самых эффективных барьеров против эрозии, поскольку они задерживают осадок среди своих листьев. [3]
Археологи узнали от морских водорослей, как защищать подводные археологические памятники, например, место в Дании, где были обнаружены десятки древнеримских и викингских кораблекрушений. Археологи используют покрытия, похожие на морские водоросли, в качестве ловушек для осадков, чтобы накапливать осадок, который закапывает корабли. Захоронение создает условия с низким содержанием кислорода и не дает древесине гнить. [39] [3]
Птицы являются часто упускаемой из виду частью морских экосистем, они не только имеют решающее значение для здоровья морских экосистем, но их популяции также поддерживаются производительностью и биоразнообразием морских и прибрежных экосистем. [40] [41] [42] Связи птиц с определенными типами местообитаний, такими как луга морской травы, в основном не рассматриваются, за исключением контекста прямого травоядного потребления дикими птицами. [43] И это несмотря на то, что как восходящие, так и нисходящие процессы рассматривались как пути поддержания популяции некоторых прибрежных птиц. [44] [21]
Учитывая долгосрочное снижение численности популяции многих прибрежных и морских птиц, известную реакцию многих популяций морских птиц на колебания численности их добычи и необходимость компенсаторных восстановительных мер для увеличения их популяций, необходимо понять роль ключевых морских местообитаний, таких как морские травы, в поддержке прибрежных и морских птиц. [21]
Луга морской травы предоставляют места обитания для многих коммерчески важных видов рыб. По оценкам, около половины мировых рыбных промыслов начинаются потому, что поддерживаются местами обитания морской травы. Если места обитания морской травы утрачиваются, то теряется и рыболовство. Согласно статье 2019 года Ансворта и др . [45], значительная роль, которую луга морской травы играют в поддержке продуктивности рыболовства и продовольственной безопасности во всем мире, не находит адекватного отражения в решениях, принимаемых органами власти, несущими законодательную ответственность за их управление. Они утверждают, что: (1) Луга морской травы предоставляют ценные места обитания для более чем 1/5 из 25 крупнейших в мире промыслов, включая минтая , наиболее вылавливаемый вид на планете. (2) В сложных мелкомасштабных рыбных промыслах по всему миру (плохо представленных в статистике рыболовства) есть свидетельства того, что многие из тех, которые находятся в непосредственной близости от морской травы, в значительной степени поддерживаются этими местами обитания. (3) Приливно-отливная рыбная ловля в морских водорослях является глобальным явлением, часто напрямую поддерживающим средства к существованию человека. Согласно исследованию, морские водоросли следует распознавать и управлять ими, чтобы поддерживать и максимизировать их роль в мировом рыбном производстве. [45] В 2022 году Джонс и др . [46] показали, что мелкомасштабное рыболовство, связанное с морскими водорослями, может обеспечить безопасность для бедных и используется чаще, чем рыболовство, связанное с рифами, по всему Индо-Тихоокеанскому региону. Почти половина опрошенных в ходе исследования людей предпочли ловлю в морских водорослях, поскольку их функция в качестве среды обитания для мальков может привести к крупным и надежным уловам рыбы. [46]
В океанах сбор рыбы можно определить как ловлю рыбы с использованием основных снастей, включая голые руки, на мелководье, не глубже, чем можно выдержать. [48] Промысел беспозвоночных (ходячий) распространен в приливных лугах морской травы по всему миру, способствуя снабжению продовольствием сотен миллионов людей, но понимание этих промыслов и их экологических движущих сил крайне ограничено. Исследование 2019 года, проведенное Нессой и соавторами, проанализировало эти промыслы с использованием комбинированного социального и экологического подхода. В уловах преобладали двустворчатые моллюски , морские ежи и брюхоногие моллюски . Улов на единицу усилия (CPUE) на всех участках варьировался от 0,05 до 3 кг на сборщика в час, причем большинство рыбаков составляли женщины и дети. Выгрузки имели большое значение для местного продовольствия и средств к существованию на всех участках. Местные экологические знания предполагают, что луга морской травы сокращаются в соответствии с другими региональными тенденциями. Увеличение плотности морских водорослей значительно и положительно коррелировало с CPUE сбора беспозвоночных, что подчеркивает важность сохранения этих находящихся под угрозой местообитаний. [47]
Исторически морские водоросли собирались в качестве удобрения для песчаной почвы. Это было важным применением в лагуне Авейру , Португалия , где собранные растения были известны как молисо . В начале 20-го века во Франции и, в меньшей степени, на Нормандских островах сушеные морские водоросли использовались в качестве наполнителя для матрасов ( paillasse ) — такие матрасы пользовались большим спросом у французских войск во время Первой мировой войны . Их также использовали для перевязок и других целей.
В феврале 2017 года исследователи обнаружили, что луга морской травы могут удалять различные патогены из морской воды. На небольших островах без очистных сооружений в центральной Индонезии уровни патогенных морских бактерий , таких как Enterococcus , которые поражают людей, рыбу и беспозвоночных, были снижены на 50 процентов, когда присутствовали луга морской травы, по сравнению с парными участками без морской травы, [49] хотя это могло быть вредно для их выживания. [50]
Понимание экологии движения морских трав дает возможность оценить способность популяций восстанавливаться после воздействий, связанных с существующими и будущими нагрузками. К ним относятся (ре)колонизация измененных или фрагментированных ландшафтов и движение, связанное с изменением климата. [51]
Морская среда действует как вектор абиотического рассеивания , и ее физические свойства значительно влияют на движение, представляя как проблемы, так и возможности, которые отличаются от наземных сред. Типичные скорости течения в океане составляют около 0,1 м/ с , что обычно на один-два порядка слабее типичных атмосферных потоков (1–10 м/ с ), которые могут ограничивать рассеивание. [52] Однако, поскольку плотность морской воды примерно в 1000 раз больше, чем у воздуха, импульс движущейся массы воды с той же скоростью на три порядка больше, чем в воздухе. Следовательно, силы сопротивления, действующие на особей (пропорциональные плотности), также на три порядка выше, что позволяет мобилизовать относительно более крупные пропагулы . Но самое главное, силы плавучести (пропорциональные разнице плотностей между морской водой и пропагулой) значительно снижают эффективный вес погруженных пропагул. [53] В морских травах пропагулы могут слабо оседать (отрицательно плавучие), оставаться эффективно подвешенными внутри водной толщи (нейтрально плавучие) или плавать на поверхности (положительно плавучие). [54] [51]
При положительной плавучести (например, плавающие плоды) течения на поверхности океана свободно перемещают пропагулы, а расстояния распространения ограничены только временем жизнеспособности плода, [55] [56] что приводит к исключительно длительным единичным случаям распространения (более 100 км), [57] что редко встречается при пассивном абиотическом перемещении наземных плодов и семян. [58] [51]
Существует множество биотических векторов распространения морских трав, поскольку они питаются или живут в среде обитания морских трав. К ним относятся дюгони, ламантины, черепахи, водоплавающие птицы, рыбы и беспозвоночные. [59] [60] [61] [62] Каждый биотический вектор имеет свое собственное внутреннее состояние, способность к движению, способность к навигации и внешние факторы, влияющие на его движение. Они взаимодействуют с экологией движения растений, чтобы определить конечный путь движения растения. [63] [64] [51]
Например, если водоплавающая птица питается морской травой, содержащей плоды с семенами, которые жизнеспособны после дефекации, то птица имеет потенциал переносить семена с одного места кормления на другое. Таким образом, путь движения птицы определяет потенциальный путь движения семян. Конкретные черты животного, такие как время его пищеварительного пути, напрямую влияют на путь движения растения. [51]
Основными питательными веществами, определяющими рост морской травы, являются углерод (C), азот (N), фосфор (P) и свет для фотосинтеза. Азот и фосфор могут быть получены из воды пор осадка или из водной толщи, а морские травы могут поглощать N как в форме аммония (NH 4+ ), так и нитрата (NO 3− ). [66]
Ряд исследований по всему миру обнаружили, что существует широкий диапазон концентраций C, N и P в морских травах в зависимости от их вида и факторов окружающей среды. Например, растения, собранные из среды с высоким содержанием питательных веществ, имели более низкие соотношения C:N и C:P, чем растения, собранные из среды с низким содержанием питательных веществ. Стехиометрия морских трав не соответствует соотношению Редфилда, обычно используемому в качестве индикатора доступности питательных веществ для роста фитопланктона. Фактически, ряд исследований по всему миру обнаружили, что соотношение C:N:P в морских травах может значительно различаться в зависимости от их вида, доступности питательных веществ или других факторов окружающей среды. В зависимости от условий окружающей среды морские травы могут быть либо ограничены по P, либо ограничены по N. [67]
Раннее исследование стехиометрии морских водорослей показало, что сбалансированное соотношение Редфилда между N и P для морских водорослей составляет приблизительно 30:1. [68] Однако концентрации N и P строго не коррелируют, что предполагает, что морские водоросли могут адаптировать свое поглощение питательных веществ на основе того, что доступно в окружающей среде. Например, морские водоросли с лугов, удобренных птичьими экскрементами, показали более высокую долю фосфата, чем неудобренные луга. С другой стороны, морские водоросли в средах с более высокими скоростями нагрузки и диагенезом органического вещества поставляют больше P, что приводит к ограничению N. Доступность P в Thalassia testudinum является ограничивающим питательным веществом. Распределение питательных веществ в Thalassia testudinum варьируется от 29,4 до 43,3% C, 0,88-3,96% N и 0,048-0,243% P. Это соответствует среднему соотношению 24,6 C:N, 937,4 C:P и 40,2 N:P. Эта информация также может быть использована для характеристики доступности питательных веществ в заливе или другом водоеме (которую трудно измерить напрямую) путем отбора проб морских трав, обитающих там. [69]
Доступность света является еще одним фактором, который может влиять на стехиометрию питательных веществ морских трав. Ограничение питательных веществ может возникнуть только тогда, когда фотосинтетическая энергия заставляет травы расти быстрее, чем приток новых питательных веществ. Например, среды с низким уровнем освещенности, как правило, имеют более низкое соотношение C:N. [69] С другой стороны, среды с высоким содержанием N могут иметь косвенное отрицательное влияние на рост морских трав, способствуя росту водорослей, которые уменьшают общее количество доступного света. [70]
Изменчивость питательных веществ в морских травах может иметь потенциальные последствия для управления сточными водами в прибрежных средах. Большие объемы антропогенного сброса азота могут вызвать эвтрофикацию в ранее ограниченных по N средах, что приведет к гипоксическим условиям на лугах морских трав и повлияет на пропускную способность этой экосистемы. [69]
Исследование ежегодного отложения C, N и P с лугов морской травы Posidonia oceanica на северо-востоке Испании показало, что луг изолировал 198 г C м −2 год −1 , 13,4 г N м −2 год −1 и 2,01 г P м −2 год −1 в осадок. Последующая реминерализация углерода из осадка из-за дыхания вернула приблизительно 8% изолируемого углерода, или 15,6 г C м −2 год −1 . [71]
Морские травы находятся в глобальном упадке, около 30 000 км 2 (12 000 кв. миль) были потеряны за последние десятилетия. Потеря морских трав ускорилась за последние несколько десятилетий, с 0,9% в год до 1940 года до 7% в год в 1990 году. [72]
Естественные нарушения, такие как выпас скота , штормы , ледовая эрозия и высыхание , являются неотъемлемой частью динамики экосистемы морских трав . Морские травы демонстрируют высокую степень фенотипической пластичности , быстро адаптируясь к изменяющимся условиям окружающей среды. С другой стороны, деятельность человека вызвала значительные нарушения и является причиной большинства потерь.
Морская трава может быть повреждена прямым механическим разрушением среды обитания при использовании методов рыболовства, основанных на использовании тяжелых сетей, которые волочатся по морскому дну, что подвергает эту важную экосистему серьезному риску. [3] Когда люди ведут моторные лодки по мелководным участкам морской травы, лопасть винта также может повредить морскую траву.
Места обитания морских водорослей находятся под угрозой из-за прибрежной эвтрофикации , которая вызвана чрезмерным поступлением питательных веществ ( азот , фосфор ) . Это чрезмерное поступление напрямую токсично для морских водорослей, но, что самое важное, оно стимулирует рост эпифитных и свободно плавающих макро- и микроводорослей . Известные как неприятные виды, макроводоросли растут в нитевидных и листовидных формах и образуют толстые неприкрепленные маты над морскими водорослями, встречаясь как эпифиты на листьях морских водорослей. Эвтрофикация приводит к образованию цветения водорослей , вызывая ослабление света в толще воды, что в конечном итоге приводит к бескислородным условиям для морских водорослей и организмов, живущих в/вокруг растений. В дополнение к прямой блокировке света для растений, бентосные макроводоросли имеют низкое содержание углерода/азота, что приводит к их разложению, стимулирующему бактериальную активность, что приводит к повторному взмучиванию осадка, повышению мутности воды и дальнейшему ослаблению света. [73] [74] Когда морская трава не получает достаточно солнечного света , это снижает фотосинтез , который питает морскую траву и результаты первичной продукции , а затем разлагающиеся листья морской травы и водоросли еще больше подпитывают цветение водорослей, что приводит к положительной обратной связи . Это может привести к снижению и искоренению морской травы до доминирования водорослей.
Накапливающиеся данные также свидетельствуют о том, что чрезмерный вылов крупных хищников (крупных хищных рыб) может косвенно увеличить рост водорослей за счет снижения контроля за выеданием, осуществляемого мезогрейзерами , такими как ракообразные и брюхоногие моллюски , через трофический каскад .
Повышение температуры морской воды, [11] увеличение седиментации и развитие прибрежных зон также оказали значительное влияние на сокращение численности морских трав. [26]
Наиболее часто используемые методы защиты и восстановления лугов морской травы включают снижение уровня питательных веществ и загрязнения , морские охраняемые территории и восстановление с помощью пересадки морской травы . Морская трава не считается устойчивой к воздействию будущих изменений окружающей среды. [75]
В глобальном масштабе морская трава быстро сокращается. Гипоксия , которая приводит к эвтрофикации , вызванной деоксигенацией океана, является одним из основных факторов, лежащих в основе этих вымираний. Эвтрофикация вызывает повышенное обогащение питательными веществами, что может привести к продуктивности морской травы, но при постоянном обогащении питательными веществами лугов морской травы это может вызвать чрезмерный рост микроводорослей , эпифитов и фитопланктона , что приводит к гипоксическим условиям. [76]
Морская трава является как источником, так и поглотителем кислорода в окружающей толще воды и отложениях. Ночью внутренняя часть давления кислорода морской травы линейно связана с концентрацией кислорода в толще воды, поэтому низкая концентрация кислорода в толще воды часто приводит к гипоксическим тканям морской травы, что в конечном итоге может привести к ее гибели. Обычно отложения морской травы должны поставлять кислород в подземные ткани либо посредством фотосинтеза, либо путем диффузии кислорода из толщи воды через листья в корневища и корни. Однако с изменением баланса кислорода морской травы это часто может приводить к гипоксическим тканям морской травы. Морская трава, подвергающаяся воздействию этой гипоксической толщи воды, показывает повышенное дыхание, сниженную скорость фотосинтеза, более мелкие листья и уменьшенное количество листьев на побег. Это приводит к недостаточному снабжению подземных тканей кислородом для аэробного дыхания, поэтому морская трава должна полагаться на менее эффективное анаэробное дыхание . Гибель морских водорослей создает положительную обратную связь , в которой случаи смертности приводят к еще большей смертности, поскольку при разложении мертвого растительного материала возникает более высокая потребность в кислороде. [76]
Поскольку гипоксия увеличивает проникновение сульфидов в морскую траву, это отрицательно влияет на морскую траву через фотосинтез, метаболизм и рост. Обычно морская трава способна бороться с сульфидами, поставляя достаточно кислорода к корням. Однако дезоксигенация приводит к тому, что морская трава не может поставлять этот кислород, тем самым убивая ее. [76] Дезоксигенация уменьшает разнообразие организмов, населяющих заросли морской травы , устраняя виды, которые не могут переносить условия низкого содержания кислорода. Косвенно, потеря и деградация морской травы угрожает многочисленным видам, которые зависят от морской травы как от убежища или пищи. Потеря морской травы также влияет на физические характеристики и устойчивость экосистем морской травы. Заросли морской травы являются местом нагула и средой обитания для многих видов рыб и моллюсков, вылавливаемых в коммерческих, любительских и продовольственных целях. Во многих тропических регионах местные жители зависят от рыболовства, связанного с морской травой, как от источника пищи и дохода. [76]
Хранение углерода является важной экосистемной услугой , поскольку мы вступаем в период повышенного уровня углерода в атмосфере. Однако некоторые модели изменения климата предполагают, что некоторые морские травы исчезнут – ожидается, что Posidonia oceanica исчезнет или почти исчезнет к 2050 году . [77]
Объект Всемирного наследия ЮНЕСКО вокруг Балеарских островов Майорка и Форментера включает около 55 000 гектаров (140 000 акров) Posidonia oceanica , которая имеет мировое значение из-за количества поглощаемого ею углекислого газа . Однако луга находятся под угрозой из-за повышения температуры, что замедляет их рост, а также из-за повреждения якорями . [78]
Морские травы пропагулы - это материалы, которые помогают размножать морские травы. Морские травы опыляются гидрофилией , то есть, рассеиваясь в воде. Для этого рассеивания важны половые и бесполые пропагулы . [79]
Виды из родов Amphibolis и Thalassodendron производят живородящие сеянцы. [80] Большинство других производят семена, хотя их характеристики сильно различаются; [81] некоторые виды производят семена или плоды, которые обладают положительной плавучестью и имеют потенциал для распространения на большие расстояния (например, Enhalus , Posidonia и Thalassia ). Другие производят семена, которые обладают отрицательной плавучестью с ограниченным потенциалом распространения (например, Zostera и Halophila ). [56] [81] хотя распространение на большие расстояния все еще может происходить посредством транспортировки отделенных фрагментов, несущих покрывала (модифицированные листья, которые охватывают соцветие); например, Zostera spp. [82] Почти все виды также способны к бесполому размножению посредством удлинения корневища [83] или производства бесполых фрагментов (например, фрагментов корневища, псевдоживородящих проростков ). [84] [85] У некоторых видов половые пропагулы не способны находиться в состоянии покоя (например, Amphibolis и Posidonia), в то время как другие могут оставаться в состоянии покоя в течение длительных периодов. [86] [87] Эти различия в биологии и экологии пропагул сильно влияют на закономерности пополнения и распространения, а также на то, как их можно эффективно использовать при восстановлении. [79]
Восстановление морских водорослей в основном включало использование бесполого материала (например, черенков, фрагментов корневищ или стержней), собранного с лугов-доноров. Относительно небольшое количество усилий по восстановлению морских водорослей использовало половые пропагулы. [88] [89] Нечастое использование половых пропагул, вероятно, отчасти связано с временной и пространственной изменчивостью доступности семян, [90] а также с восприятием того, что показатели выживаемости семян и саженцев низкие. [91] [92] Хотя показатели выживаемости часто низкие, недавние обзоры исследований на основе семян подчеркивают, что это, вероятно, из-за ограниченных знаний о доступности и сборе качественных семян, навыков обработки и доставки семян и пригодности мест восстановления. [88] [89] [83] [79]
Методы сбора и подготовки пропагул различаются в зависимости от их характеристик и обычно используют их естественные механизмы распространения. Например, для живородящих таксонов, таких как Amphibolis, недавно отделенные сеянцы можно собрать, поместив волокнистый и утяжеленный материал, такой как заполненные песком мешки из мешковины, к которым прикрепляются захватывающие структуры сеянцев, когда они проплывают мимо. Таким образом, тысячи сеянцев можно поймать менее чем на квадратном метре. [93] Обычно мешки с песком размещаются в местах, где требуется восстановление, и не собираются и не повторно размещаются в другом месте. [79]
Для видов, семена которых содержатся в покрывалах (например, Zostera spp.), их можно собирать с помощью водолазов или механических комбайнов. [94] В Чесапикском заливе ежегодно во время пикового репродуктивного сезона с помощью механического комбайна собирают несколько миллионов семян Zostera marina . [94] Семена извлекаются из покрывалов после сбора урожая, но методы извлечения и доставки различаются. Например, некоторые методы включают хранение покрывалов в больших резервуарах для хранения, где они в конечном итоге раскрываются и высвобождают (отрицательно плавучие) семена, которые затем собираются со дна резервуара. [94] Затем семена помещают в лоток для определения качества семян на основе скорости осаждения, после чего их вручную разбрасывают с лодок по принимающим местообитаниям. [94] В качестве альтернативы, используя буи, закрепленные на месте, покрывала Z. marina можно подвешивать над местами восстановления в сетчатых мешках; покрывала высвобождают и доставляют семена на морское дно. [95] [79]
Для видов, которые выделяют семена из плавающих плодов ( Posidonia spp., Halophila spp.), плоды можно отделить от родительского растения путем встряхивания; затем они всплывают на поверхность, где их собирают в сети. [96] [97] Затем семена извлекаются из плодов с помощью интенсивной аэрации и движения воды из насосов при стабильной температуре (25 °C) в резервуарах. Затем отрицательно плавающие семена собираются со дна резервуара и вручную разбрасываются по принимающим местообитаниям. Другие методы были опробованы с ограниченным успехом, включая прямую посадку семян вручную, инъекцию семян с помощью техники или посадку и размещение в мешках с песком. [79]
Восстановление с использованием пропагул морской травы до сих пор продемонстрировало низкие и изменчивые результаты, при этом более 90% пропагул не выживали. [98] [99] [93] Для успешного включения пропагул в программы восстановления морской травы необходимо сократить потери пропагул (включая смертность, а также неспособность прорасти или рассеивание от места восстановления), чтобы способствовать более высоким показателям прорастания и выживания. Основным препятствием для эффективного использования семян при восстановлении морской травы является знание о качестве семян. Качество семян включает такие аспекты, как жизнеспособность, размер (который может обеспечить запасы энергии, доступные для начального роста и укоренения), повреждение оболочки семян или проростков, бактериальная инфекция, генетическое разнообразие и экотип (который может влиять на способность семян реагировать на среду восстановления). [79] Тем не менее, разнообразие пропагул и видов, используемых при восстановлении, увеличивается, и понимание биологии и экологии семян морской травы совершенствуется. [93] [97] [100] Чтобы повысить шансы на укоренение сеянцев, необходимо лучше понять этапы, предшествующие доставке семян на места восстановления, включая качество семян, [87] а также экологические и социальные барьеры, которые влияют на выживание и рост. [79]
В разных местах сообщества пытаются восстановить заросли морской травы, которые были утрачены в результате деятельности человека, в том числе в американских штатах Вирджиния [101] , Флорида [102] и Гавайи [103] , а также в Соединенном Королевстве [104] . Было показано, что такие реинтродукции улучшают экосистемные услуги [105] .
Доктор Фред Шорт из Университета Нью-Гемпшира разработал специализированную методологию пересадки, известную как «Трансплантация зостеры удаленно с помощью рамок» (TERF). Этот метод подразумевает использование пучков растений, которые временно привязываются разлагаемой крепированной бумагой к утяжеленной рамке из проволочной сетки. Метод уже был опробован организацией Save The Bay. [106]
В 2001 году Стив Грэнджер из Высшей школы океанографии Университета Род-Айленда использовал тягач-сани, способный размещать семена под поверхностью осадка. Вместе с коллегой Майком Трабером (который разработал желатиновую матрицу Нокса для заключения семян в нее) они провели пробную посадку в заливе Наррагансетт. Им удалось засадить площадь в 400 м 2 (480 кв. ярдов) менее чем за два часа. [106]
По состоянию на 2019 год [обновлять]Центр исследований прибрежных морских экосистем Центрального университета Квинсленда выращивал морскую траву в течение шести лет и производил семена морской травы. Они проводили испытания по проращиванию и посеву. [107]
{{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь )Один цветок может дать 15 семян, а одно семя, посаженное в правильных условиях, может создать гектар морской травы.